Titlul lucrării: A doua și a treia lege a termodinamicii. Entropia. Potențialul termodinamic
Chimie și farmacologie
Descriere: A doua lege a termodinamicii Întregul proces în care o formă de energie se transformă în alta este strict supus primei legi a termodinamicii. Criteriul fezabilității procesului într-o direcție sau alta este stabilit de a doua lege a termodinamicii. Expresia matematică a celei de-a doua lege a termodinamicii Consecința celei de-a doua lege a termodinamicii este existența unei funcții speciale de stat.
Mărime fișier: 21,3 KB
Lucrarea a fost descărcată: 20 de persoane.
A doua și a treia lege a termodinamicii. Entropia. Potențialul termodinamic.
A doua lege a termodinamicii
Întregul proces în care un tip de energie se transformă într-altul, respectă cu strictețe prima lege a termodinamicii. Cu toate acestea, această lege, care caracterizează transformarea calitativă și cantitativă, nu dă indicații dacă acest proces este posibil în general, dacă este posibil, în ce direcție se desfășoară cu ce plinătate. În același timp, procesele reale se desfășoară într-o anumită direcție și, de regulă, fără a schimba condițiile, este imposibil să forțați procesul să curgă în direcția opusă. Prin urmare, este important ca știința și tehnologia să prevadă direcția procesului. Criteriul fezabilității procesului într-o direcție sau alta este stabilit de a doua lege a termodinamicii.
A doua lege, ca prima, este exprimată în formulări diferite, dar echivalente. Ca unul dintre ei, postulatul lui Clausius, pe care la formulat în 1850, este adoptat și care are următorul conținut. Căldura nu poate trece de la ea însăși de la un corp mai puțin încălzit la un corp mai cald.
Legea privind ireversibilitatea proceselor naturale poate fi exprimată și după cum urmează. Diferitele tipuri de energie tind să meargă în căldură, iar căldura tinde să disipeze, adică distribuie uniform între toate organismele. Ie procesul de transformare a muncii în căldură este ireversibil. Acest postulat este, de asemenea, cunoscut ca postulatul imposibilității unei mișcări perpetue a celui de-al doilea tip.
Entropia. Expresia matematică a celei de-a doua lege a termodinamicii
O consecință a celei de-a doua lege a termodinamicii este existența unei funcții speciale de stat. Clausius a arătat că pentru orice ciclu reversibil al unui sistem termodinamic într-un ciclu închis.
În acest caz, integrand este diferența totală a unei anumite funcții a stării sistemului. Această funcție a fost numită entropie de către Clausius. Ie diferențial.
Pentru un proces ireversibil arbitrar al unui sistem termodinamic, integrale într-un ciclu închis. Rezultă pentru un proces ireversibil. Rezumând toate acestea, putem scrie că pentru orice proces infinitezimal diferența este.
Aceasta înseamnă că modificările pentru care diferența de entropie este mai mare sunt ireversibile. Egalitatea corespunde unei schimbări reversibile.
Ultima expresie este expresia matematică a celei de-a doua legi a termodinamicii.
În cazul unui sistem izolat în care nu există energie și schimb de masă cu mediul extern, se menține următoarea relație.
- Procese reversibile
- Procese ireversibile
Astfel, într-un sistem izolat, procesul spontan continuă până când sistemul ajunge la starea de echilibru, în care entropia are un maxim.
A doua lege a termodinamicii poate fi numită legea entropiei în creștere într-un proces spontan într-un sistem izolat. Deoarece un proces spontan este însoțit de o tranziție de la o stare ordonată la o stare dezordonată, entropia poate servi ca măsură a tulburării.
entropie # 150; Aceasta este o proprietate extinsă, adică Volumul și energia internă depind de masa sistemului. Procesele ireversibile spontane sunt asociate cu trecerea la starea cea mai probabilă. Aceasta înseamnă că entropia trebuie să aibă legătură și cu probabilitatea.
Pentru prima dată, Boltzmann a arătat legătura dintre entropie și probabilitatea sistemului. El a propus ecuații care se referă la entropia și la probabilitatea termodinamică de realizare a macrostatului sistemului și care se numește ecuația Boltzmann. - probabilitatea termodinamică (poate fi mai mare decât una). Probabilitatea termodinamică, care este definită ca numărul total de micro-stații prin care se poate realiza acest macrostat. Această ecuație joacă un rol extrem de important în chimia fizică.
Astfel, creșterea entropiei sistemului se datorează tranziției sale de la starea mai puțin probabilă la cea mai probabilă. Ie Evoluția sistemului termodinamic are loc în direcția celei mai probabile distribuții a energiei de-a lungul subsistemelor. Cu toate acestea, legea entropiei crescânde este satisfăcută doar pe o perioadă medie îndelungată. Nu exclude fluctuațiile atunci când sistemul se deplasează de la starea mai probabilă la cea mai puțin probabilă a sistemului.
A treia lege a termodinamicii
Întrucât entropia este o funcție a unui stat, schimbarea sa într-un anumit proces depinde numai de stările inițiale și finale și nu depinde de calea tranziției.
Această formulă determină entropia numai până la o summă constantă. Nernst a presupus că schimbarea entropiei multor reacții chimice în apropierea temperaturii 0K este neglijabilă. Mai târziu, Planck a formulat postulatul fără legătură cu prima și a doua lege a termodinamicii care, la zero absolut, entropia materiei cristaline pure este zero. Spre deosebire de prima și a doua lege a termodinamicii, această lege nu ne permite să derivăm un nou concept fundamental similar cu importanța entalpiei și entropiei. Cu toate acestea, este de acord atât de bine cu experimentul și este atât de important încât postulatul este numit a treia lege a termodinamicii.
Din a treia lege rezultă că coeficientul de expansiune termică a căldurii specifice se transformă în 0 la o temperatură care se apropie de temperatura 0K.
A treia lege este folosită la calcularea valorilor absolute ale entropiilor substanțelor. Problema utilizării acestei legi este legată de faptul că substanța trebuie să fie curată și într-o stare de echilibru, adică într-o stare cu o energie minimă. Dacă există vreo încălcare fază, de exemplu, încălcarea structurii cu zăbrele perfectă sau introducerea altor atomi cu zăbrele, sistemul trece într-o stare de echilibru incomplet și entropia chiar și la temperaturi apropiate 0K să fie mai mare decât zero. Aceasta este așa numita entropie reziduală.
Conceptul fundamental al entropie, care rezultă din a doua lege a termodinamicii, este destul de suficient pentru a evalua posibilitatea de a proceselor spontane de orice fel. Cu toate acestea, este necesar să se ia în considerare schimbările care apar nu numai în sistemul termodinamic, ci și în mediul extern. În plus, sistemele de non-izolate variază în timpul procesului, entropia și energia, dar este mai convenabil, este de a utiliza funcțiile care sunt incluse ca entropia și energia ca parte a forței motrice. Acestea sunt funcțiile lui Gibbs și Helmholtz.
Ele sunt numite și potențiale termodinamice, deoarece ele au dimensiunea energiei, iar diferența dintre valorile funcției în stările finale și cele inițiale este egală cu munca pe care sistemul o produce atunci când se schimbă în mod spontan.
Spre deosebire de entropie, aceste potențiale scad cu procese spontane. Potențialul isochoric izotermic sau energia Helmholtz este. Potențialul izoteric izobaric sau energia Gibbs are următoarea formă
Dacă în sistem, în absența oricărui tip de muncă, procesele reversibile au potențiale și rămân constante. Dacă, în condiții isothermic izotermale sau izobarice izoterme, procesele sunt realizate ireversibil, adică în mod spontan, atunci potențialul isochoric sau, respectiv, potențialul izobar va scădea în mod constant, adică
Deoarece procesele izoterice spontane izocorice și izobarice sunt însoțite de o scădere corespunzătoare a u. atunci echilibrul din sisteme se stabilește la valorile minime ale acestor funcții.
Ecuația care conectează variația potențialelor termodinamice cu căldura procesului se numește ecuația Gibbs-Helmholtz. Pentru procesele care apar în condiții isobarico-izoterme și izochorice-izoterme, se pot scrie următoarele ecuații:
La determinarea cantităților sau ecuația Gibbs-Helmholtz este irelevant cum proces fizic sau chimic, reversibil sau ireversibil, dar el trebuie să efectueze în sisteme cu masa totală constantă, iar sistemul trebuie să fie în echilibru termodinamic în starea inițială și finală.
Trimiteți-le prietenilor: